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薄板坯连铸结晶器内电磁制动效果的数值模拟

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第一章绪论

1.1电磁技术的发展应用概况

1.1.1电磁技术的发展

1.1.2电磁技术的应用

1.2薄板坯连铸概述

1.2.1薄板坯连铸的兴起、现状及发展趋势

1.2.2薄板坯连铸的特点及几项核心技术

1.3电磁制动技术概述

1.3.1电磁制动技术

1.3.2电磁制动的新用途

1.4连铸过程研究中应用的模拟技术

1.5本论文的目的和主要内容

第二章物理模型和数学模型

2.1模型描述

2.2基本假定

2.3控制方程

2.4边界条件

2.5制动电磁力的计算

第三章控制方程的求解方法

3.1原始变量法

3.2压力修正方法

3.3湍流模型

3.4控制方程的离散方法

3.5差分格式

3.6 SIMPLEC算法

3.7差分方程组的解法

3.8收敛情况

第四章计算结果与分析

4.1数值模拟的验证

4.1.1流场计算的验证

4.1.2制动电磁力与流场耦合计算的实验验证

4.2操作参数

4.3水口入口速度的分布

4.4加磁场和不加磁场的比较

4.5水口浸入深度对流场的影响

4.6铸速对流场的影响

4.7水口角度对流场的影响

第五章结论

参考文献

致谢

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摘要

薄板坯连铸具有高拉速、短流程、生产效率高等特点,是连铸技术的重要发展方向之一。结晶器是连铸机的核心部分。研究结晶器中的流场分布,有利于优化设计连铸工艺,提高铸坯生产质量。但是,高拉速时会冲击结晶器的窄面,造成漏钢事故;同时非金属夹杂物被卷入钢液中,造成铸坯的内部和外部缺陷。电磁制动技术是在高拉速条件下保证产品质量的重要手段之一,可以控制结晶器内流动行为,提高产品质量,减少废品率。 本文以漏斗形结晶器为研究对象,研究在电磁制动情况下结晶器内模拟液的流场特征,为了得到合理的结构参数和操作参数,从而为进一步的实验研究奠定理论基础,在验证文献测试结果的基础上,本文采用数值模拟方法用CFD来模拟流场。由于要用到自定义函数,自行编制了程序,来合理化水口入口的速度分布,初始化磁场,计算电磁力。结果表明:当浇注速度增加时,一方面液面波动增加,可能导致实际生产中保护渣更容易卷入钢液中;另一方面水口出口射流冲击强度和冲击深度增加,可能会加强对初生坯壳的冲刷,同时也加剧了结晶器下部区域流体的湍流度。当增加水口插入深度时,结晶器内液面速度有增加的趋势,这是由于流体流动空间减小的缘故;然而,过度增加水口深度,势必造成液面区域相对较为平稳,射流冲击深度随之增加,对实际生产中凝固坯壳的冲刷及重熔增加,致使结晶器下部凝固壳厚度增加较小。当增大水口角度时,液面逐渐平静,但冲击深度却大大的增强了。本文对几个角度进行了比较,发现水口角度为0°时效果比较好。

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